液体への固体の分散および解凝集は、パワー超音波およびプローブ型超音波処理器の重要な用途です。超音波キャビテーションは、粒子凝集体を単一の分散粒子に分解する非常に高いせん断を生成します。その局所的に焦点を合わせた高いせん断力のために、超音波処理は、実験、研究開発、そしてもちろん工業生産のためのマイクロコンおよびナノサイズの分散液を生成するのに理想的です。

粉末の液体への混合は、塗料、インク、化粧品、飲料、ヒドロゲル、研磨媒体などのさまざまな製品の配合における一般的なステップです。個々の粒子は、ファンデルワールス力や液体表面張力など、さまざまな物理的および化学的性質の引力によって一緒に保持されます。この効果は、ポリマーや樹脂などの高粘度の液体に対して強くなります。粒子を解凝集させて液体媒体に分散させるためには、引力を克服する必要があります。超音波ホモジナイザーが実験室や産業でサブミクロンおよびナノサイズの粒子の分散のための優れた分散装置である理由を以下でお読みください。

液体への固体の超音波分散

超音波ホモジナイザーの動作原理は、音響キャビテーションの現象に基づいています。音響キャビテーションは、非常に強いせん断力を含む強い物理的力を生み出すことが知られています。機械的応力を加えると、粒子の凝集物がバラバラになります。また、粒子間に液体が押し込まれる。
一方、粉末を液体に分散させるために、高圧ホモジナイザー、攪拌機ビーズミル、衝突ジェットミル、ローターステーターミキサーなどのさまざまな技術が市販されています。しかし、超音波分散機は重要な利点を有する。超音波分散がどのように機能し、超音波分散の利点が何であるかを以下でお読みください。

 

 

超音波キャビテーションと分散の動作原理

超音波処理中、高周波音波は、液体媒体中に圧縮と希薄化の交互領域を作成します。音波が媒体を通過すると、泡が発生し、急速に膨張してから激しく崩壊します。このプロセスは音響キャビテーションと呼ばれます。気泡の崩壊は、高圧衝撃波、マイクロジェット、およびせん断力を生成し、より大きな粒子を分解し、凝集物をより小さな粒子に分解する可能性があります。超音波分散プロセスでは、分散中の粒子自体が粉砕媒体として機能する。超音波キャビテーションのせん断力によって加速され、粒子は互いに衝突し、小さな破片に粉砕します。超音波処理された分散液にビーズや真珠が添加されていないため、粉砕媒体の時間と労働集約的な分離と洗浄、および汚染が完全に回避されます。
これにより、超音波処理は、他の方法で分解するのが難しいものであっても、粒子を分散および解凝集するのに非常に効果的になります。これにより、粒子の分布がより均一になり、製品の品質と性能が向上します。
さらに、超音波処理は、ナノスフィア、ナノ結晶、ナノシート、ナノファイバー、ナノワイヤー、コアシェル粒子および他の複雑な構造などのナノ材料を容易に処理、分散および合成することができる。
さらに、超音波処理は比較的短い時間枠で実行することができ、これは他の分散技術よりも大きな利点である。

代替混合技術に対する超音波分散機の利点

超音波分散機は、高圧ホモジナイザー、ビーズ粉砕またはローター - ステーター混合などの代替混合技術よりもいくつかの利点を提供します。最も顕著な利点のいくつかは次のとおりです。

• 粒子サイズの減少の改善: 超音波分散機は、他の多くの混合技術では不可能なナノメートル範囲に粒子サイズを効果的に縮小することができます。これにより、微粒子サイズが重要なアプリケーションに最適です。
• より速い混合: 超音波分散機は、時間を節約し、生産性を向上させる他の多くの技術よりも速く材料を混合し、分散することができます。
• 汚染なし: 超音波分散機は、摩耗によって分散を汚染するビーズまたは真珠のような粉砕媒体の使用を必要としない。
• より良い製品品質: 超音波分散機は、より良い製品の品質と一貫性をもたらし、より均一な混合物と懸濁液を生成することができます。特にフロースルーモードでは、分散スラリーは高度に制御された方法で超音波キャビテーションゾーンを通過し、非常に均一な処理を保証します。
• 低エネルギー消費: 超音波分散機は、通常、他の技術よりも少ないエネルギーを必要とし、運用コストを削減します。
• 万芸： 超音波分散機は、均質化、乳化、分散、および解凝集を含む幅広い用途に使用することができる。また、研磨材、繊維、腐食性液体、さらにはガスなど、さまざまな材料を扱うことができます。

これらのプロセスの利点だけでなく、信頼性と簡単な操作のために、超音波分散機は、それらを多くの産業用途のための人気のある選択肢にするために、代替混合技術を凌駕します。

任意のスケールでの超音波分散と解凝集

ヒールシャーは、バッチまたはインライン処理のための任意のボリュームの分散および解凝集のための超音波デバイスを提供しています。超音波実験装置は、1.5mLから約2Lの容量に使用されます。工業用超音波装置は、0.5から約2000Lまでのバッチまたは毎時0.1Lから20m³までの流量のプロセス開発および生産に使用されます。

ヒールシャー超音波産業用超音波プロセッサは、それによって確実にナノスケールに粒子を分散し、粉砕することにより、非常に高い振幅を提供することができます。最大200μmの振幅は、24/7動作で簡単に連続的に実行できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソトロードが利用可能です。

下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：

超音波分散の利点:スケールアップが容易

他の分散技術とは異なり、超音波処理はラボから生産規模に簡単にスケールアップすることができます。実験室試験では、必要な機器サイズを正確に選択できます。最終スケールで使用すると、工程結果はラボの結果と同じになります。

超音波装置:堅牢で清掃が簡単

超音波パワーは、ソノトロードを介して液体に伝達されます。これは典型的な回転対称部品で、固体航空機品質のチタンから機械加工されています。これは、唯一の可動/振動接液部でもあります。摩耗しやすい唯一の部品であり、数分以内に簡単に交換できます。振動デカップリングフランジは、任意の方向で開いたまたは閉じた加圧可能な容器またはフローセルにソノトロードを取り付けることができます。ベアリングは必要ありません。他のすべての接液部は、通常、ステンレス鋼で作られています。フローセルリアクターは形状がシンプルで、フラッシングや拭き取りなどによって簡単に分解および洗浄できます。小さなオリフィスや隠れた角はありません。

所定の位置に超音波クリーナー

超音波は、表面、部品洗浄などの洗浄用途でよく知られています。分散アプリケーションに使用される超音波強度は、典型的な超音波洗浄よりもはるかに高いです。超音波装置の接液部分の洗浄に関しては、超音波/音響キャビテーションがソノトロードおよびフローセル壁から粒子および液体残留物を除去するので、超音波パワーはフラッシングおよびすすぎ中の洗浄を支援するために使用することができる。

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文献 / 参考文献

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